趙嘉偉

(陜西省西咸新區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，陜西 西咸新區(qū) 712000)

近年來，我國(guó)各地輸水工程增多，其中以給水排水管道工程居多，為保證施工質(zhì)量，在管道工程施工后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行管道功能性試驗(yàn)。由于輸水工程所采用的管道多為大口徑管道，并且輸水工程管道施工位置往往是較偏僻的缺水地段，所以采用常規(guī)的功能性試驗(yàn)方法會(huì)造成試驗(yàn)用水量過大，造成水資源的浪費(fèi)。因此大口徑給水排水管道工程常采用單口水壓試驗(yàn)的方式檢查管道接口的嚴(yán)密性。根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50268—2008)中對(duì)于單口水壓試驗(yàn)的要求和方法，在實(shí)際施工過程中，往往存在單口水壓試驗(yàn)可操作性差、試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差、受環(huán)境溫度影響大并且存在安全隱患等問題。國(guó)內(nèi)學(xué)者及工程人員憑借經(jīng)驗(yàn)對(duì)單口水壓試驗(yàn)進(jìn)行改良優(yōu)化和試驗(yàn)參數(shù)的調(diào)整都不能真正提高單口水壓的試驗(yàn)質(zhì)量和速度，導(dǎo)致很多適用于單口水壓試驗(yàn)的管道工程轉(zhuǎn)而按照常規(guī)方法進(jìn)行管道功能性試驗(yàn)，造成不必要的資源浪費(fèi)。鑒于此，本文以輸水工程中大口徑管道單口水壓試驗(yàn)為研究對(duì)象，通過對(duì)試驗(yàn)方法和試驗(yàn)儀器進(jìn)行科學(xué)性的改良優(yōu)化，從而提高大口徑管道單口水壓試驗(yàn)的可操作性和準(zhǔn)確性。

1 單口水壓試驗(yàn)?zāi)壳按嬖诘膯栴}

1.1 進(jìn)水口的設(shè)置

根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50268—2008)中9.2.13條款要求，管道安裝時(shí)應(yīng)將單口水壓試驗(yàn)用的進(jìn)水口置于管道頂部。這種進(jìn)水口的設(shè)置方法存在以下問題：?進(jìn)水孔單孔的設(shè)置在注水時(shí)很難排出水壓腔內(nèi)的空氣，在加壓充水過程中經(jīng)常會(huì)因壓強(qiáng)傳遞不均勻而在水壓腔間形成氣包，對(duì)接口造成破壞；?水壓腔體內(nèi)氣體過多，管道接口即使有泄漏也難以在短期內(nèi)看到壓降，會(huì)嚴(yán)重影響試驗(yàn)結(jié)論；?當(dāng)單口水壓試驗(yàn)完畢后，由于進(jìn)水孔位于管道頂部且孔徑較小，水壓腔內(nèi)的水無(wú)法自流排出，即使使用抽水設(shè)備也無(wú)法完全抽干，水壓腔體內(nèi)的水匯集在一起后形成管底死水，隨著時(shí)間的推移水質(zhì)變差，特別是對(duì)于給水管道來說，會(huì)造成長(zhǎng)期的水質(zhì)隱患；?由于進(jìn)水口設(shè)置在雙密封膠圈之間，試驗(yàn)中水對(duì)密封膠圈的受壓方向與實(shí)際工況下管道密封圈的受壓方向不一致，且多數(shù)密封膠圈具有方向性，導(dǎo)致單口水壓試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)管道的密封性沒有代表性。

1.2 試驗(yàn)壓力及穩(wěn)壓時(shí)間的要求

根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50268—2008)中9.2.13條款要求，管道接口連接完畢后進(jìn)行單口水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為管道設(shè)計(jì)壓力的2倍，且不得小于0.2MPa。試壓采用手提式打壓泵，管道連接后將試壓嘴固定在管道承口的試壓孔上，連接試壓泵，將壓力升至試驗(yàn)壓力，恒壓2min。試驗(yàn)壓力及穩(wěn)壓對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響如下：?規(guī)范要求的試驗(yàn)壓力參數(shù)對(duì)管道材質(zhì)、管道特性、接口類型的差異性考慮較少；?常規(guī)水壓試驗(yàn)前都會(huì)進(jìn)行管道浸泡，消除管道吸水性的影響，但是規(guī)范中對(duì)單口水壓試驗(yàn)的試驗(yàn)前準(zhǔn)備并沒有要求管道浸泡或其他潤(rùn)濕措施，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有一定的影響；?恒壓2min難以起到真正作用，在操作中工程人員為了能夠使恒壓過程起作用，多數(shù)延長(zhǎng)管道恒壓時(shí)間，但如果延長(zhǎng)恒壓時(shí)間，由于水壓腔體內(nèi)水量小，溫度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響就會(huì)非常明顯，為了降低溫度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響又需要縮短恒壓時(shí)間，這就造成了無(wú)法確認(rèn)最佳恒壓時(shí)間的矛盾。

1.3 試驗(yàn)壓降的要求

根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50268—2008)中9.2.13條款要求，試壓采用手提式打壓泵，管道連接后將試壓嘴固定在管道承口的試壓孔上，連接試壓泵，將壓力升至試驗(yàn)壓力，恒壓2min，無(wú)壓力降為合格。然而規(guī)范條文中對(duì)于壓降的要求過于苛刻，個(gè)別密封性較好的管道類型可以滿足無(wú)壓降的要求，如玻璃鋼加砂管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)管道，但是對(duì)于安裝中易變形、管壁粗糙且圓度不高的管道在實(shí)際試驗(yàn)過程中很難保證恒壓時(shí)間內(nèi)不產(chǎn)生壓降，如大口徑球墨鑄鐵管和鋼筋混凝土管，而球墨鑄鐵管和鋼筋混凝土管是目前我國(guó)輸水管道工程中使用最為廣泛的管道類型。

2 單口水壓試驗(yàn)的初步改良優(yōu)化

針對(duì)目前單口水壓試驗(yàn)存在的問題，結(jié)合水壓試驗(yàn)的基本原則和工程經(jīng)驗(yàn)，可對(duì)大口徑管道單口水壓實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改良優(yōu)化。初步改良優(yōu)化主要針對(duì)施工難度小、施工試驗(yàn)設(shè)備投入有限、管道工程量有限和其他不宜進(jìn)行深度單口水壓試驗(yàn)設(shè)備改良優(yōu)化的工程，改良優(yōu)化方案見圖1。

圖1 單口水壓試驗(yàn)的初步改良優(yōu)化

大口徑管道出廠前，可要求管材廠家在大口徑管道的承口上下對(duì)稱位置各加工一個(gè)直徑20mm的圓孔，即排氣孔和注水孔。安裝時(shí)應(yīng)注意將兩圓孔位置調(diào)整至管道安裝后的頂部和底部，處于管道頂部的圓孔為排氣孔，底部的圓孔為注水孔，每個(gè)圓孔配置規(guī)格為M10×20mm的不銹鋼螺栓。兩道防水橡膠圈的安裝方法與原單口水壓試驗(yàn)一致。管道安裝前應(yīng)充分浸泡或潤(rùn)濕管道的承插接口部分，單口水壓試驗(yàn)開始前應(yīng)從底部排水口緩慢注水，有助于消除水與管道及橡膠圈的溫差，排出兩道防水橡膠圈和承插接口所形成的空腔體內(nèi)的氣體，直至排氣孔將空腔體內(nèi)氣體全部排出，產(chǎn)生緩慢穩(wěn)定的水流則暫停注水，靜置5min，消除管道表面吸水性能對(duì)單口水壓試驗(yàn)結(jié)果的影響，接著再次進(jìn)行補(bǔ)水，待排氣孔再次產(chǎn)生緩慢穩(wěn)定的水流則終止補(bǔ)水。補(bǔ)水完成后進(jìn)行打壓，打壓結(jié)束后同時(shí)打開排氣孔和注水孔進(jìn)行放水，放水完畢后采用熱風(fēng)機(jī)或吹風(fēng)機(jī)通過底部注水孔通熱風(fēng)，利用熱風(fēng)上升的原理使空腔體內(nèi)水汽完全蒸發(fā)，消除腔體死水對(duì)管道內(nèi)水質(zhì)的影響，之后采用規(guī)格為M10×20mm的不銹鋼螺栓將注水孔和排氣孔進(jìn)行封堵處理。

該改良優(yōu)化方案的優(yōu)點(diǎn)在于克服了常規(guī)單口水壓試驗(yàn)注水孔單孔在注水時(shí)很難排出水壓腔體內(nèi)空氣的問題，消除了因壓強(qiáng)傳遞不均勻而形成的氣包，不但保護(hù)了接口，也提高了試驗(yàn)結(jié)論的準(zhǔn)確性；同時(shí)雙孔的設(shè)置也解決了單孔試驗(yàn)中水壓腔內(nèi)的水無(wú)法自流排出，匯集在一起后形成管底死水的問題。同時(shí)采用空腔體內(nèi)注水、分階段補(bǔ)水的方式消除了管道吸水性和水與管道及橡膠圈的溫差對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

3 單口水壓試驗(yàn)的深度改良優(yōu)化

初步改良優(yōu)化方案雖對(duì)單口水壓試驗(yàn)的可操作性和準(zhǔn)確性都有很大的提升，但對(duì)于大多數(shù)采用單口水壓試驗(yàn)方式的長(zhǎng)距離大口徑管道工程，特別是對(duì)試驗(yàn)進(jìn)度和試驗(yàn)精度有較高要求且施工環(huán)境惡劣的工程，初步改良優(yōu)化方案仍存在很大的局限性。因此從目前單口水壓試驗(yàn)所存在的問題入手，通過對(duì)試驗(yàn)設(shè)備儀器操作方式的改進(jìn)進(jìn)行深度改良優(yōu)化，具體方案如下：

將單口水壓試驗(yàn)在管道外側(cè)打壓的方式改為在管道內(nèi)部接口處打壓，由于大多數(shù)采用單口水壓試驗(yàn)的管道管徑都較大，試驗(yàn)人員可以進(jìn)入管道中進(jìn)行試驗(yàn)，此打壓方式可以消除溫度和天氣對(duì)單口水壓試驗(yàn)操作性和進(jìn)度的影響；接著將管道承插接口的兩道防水橡膠圈優(yōu)化為一道防水橡膠圈，該防水橡膠圈按照普通管道承插接口安裝方式安裝即可；深度改良優(yōu)化的重點(diǎn)是對(duì)打壓試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，見圖2。

圖2 單口水壓試驗(yàn)打壓試驗(yàn)設(shè)備改良優(yōu)化

打壓試驗(yàn)設(shè)備的鋼環(huán)架采用模塊化的合金高強(qiáng)度鋼管連接成雙環(huán)結(jié)構(gòu)，外圈具備可伸縮、可增節(jié)段的功能，適用于不同直徑的管道試驗(yàn)，內(nèi)圈采用小于管道直徑的固定圈環(huán)，保證鋼環(huán)架在打壓過程中的整體性和穩(wěn)定性。內(nèi)圈和外圈鋼環(huán)架通過絲杠連接，在外圈的外側(cè)鋼板上安裝大于接口縫隙的凹形密封橡膠圈，橡膠圈的中央開孔連接打壓注水管。

打壓試驗(yàn)開始前，采用管道內(nèi)部水洗或者水刷的方式對(duì)管道接口處進(jìn)行潤(rùn)濕和浸泡，以消除管道吸水性對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。將外圈直徑調(diào)整至外圈外側(cè)凹形密封橡膠圈剛好能夠滑入管道內(nèi)的位置，并進(jìn)行外圈和打壓儀器的連接。將鋼環(huán)架推至管道承插接口的接縫處，使接口接縫剛好處于凹形密封橡膠圈的內(nèi)部，調(diào)節(jié)絲杠，通過外圈擠壓管壁，使凹形密封橡膠圈緊密貼合在管壁上，形成密封腔體。接著通過注水口向密封腔體內(nèi)抽氣緩慢注水，注水完成后可進(jìn)行打壓試驗(yàn)。

單口水壓試驗(yàn)深度改良優(yōu)化方案的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：?管道承口處不設(shè)置注水孔和排氣孔，管道制作速度提高，管道造價(jià)有所降低；?試驗(yàn)位置由管道外側(cè)改為管道內(nèi)側(cè)，由于采用單口水壓試驗(yàn)的管道多為大口徑管道，試驗(yàn)人員可以自由進(jìn)入，可提前對(duì)管道接口試驗(yàn)位置進(jìn)行提前潤(rùn)濕和浸泡，消除管道吸水效應(yīng)的影響，大大縮減了單口水壓試驗(yàn)的時(shí)間，此外在管道內(nèi)部進(jìn)行試驗(yàn)不受天氣和溫度環(huán)境的影響，提高了試驗(yàn)效率和試驗(yàn)準(zhǔn)確率；?由管道內(nèi)部接縫向外部打壓，因承插接口防水橡膠圈具有方向性，管道防水橡膠圈受力方向和實(shí)際工況相一致，試驗(yàn)結(jié)果能夠更準(zhǔn)確地反映實(shí)際管道接口的密封性，并且不用設(shè)置第二道防水橡膠圈，降低了管道安裝施工難度；?鋼環(huán)架可進(jìn)行伸縮調(diào)整，適用于不同規(guī)格、大小的管道，應(yīng)用范圍更加廣泛；?可更換凹形密封橡膠圈，消除了設(shè)備磨損和老化對(duì)試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度的影響。

4 工程應(yīng)用及效果

澇渭水源地供水項(xiàng)目位于陜西省西咸新區(qū)境內(nèi)，該項(xiàng)目包括澇渭水源地水源井工程、引水管網(wǎng)和斗門凈水廠三部分，總投資為55271.87萬(wàn)元。其中建設(shè)水源井50眼,沿渭河南岸及澇河?xùn)|岸布設(shè),建設(shè)井間聯(lián)絡(luò)管線總長(zhǎng)12.448km，配套原水輸送管道約16km，管道類型為球墨鑄鐵管，管徑1200mm，在連霍高速公路南側(cè)防護(hù)欄以外30m敷設(shè)。

該工程具有輸水管線長(zhǎng)、施工環(huán)境復(fù)雜、施工工期緊且輸水管道施工期處于雨季等特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)水壓試驗(yàn)方式無(wú)法保證工程進(jìn)度和試驗(yàn)可靠性。因此采用單口水壓試驗(yàn)的深度改良優(yōu)化方案，可確保雙環(huán)打壓設(shè)備跟隨施工安裝位置，能夠隨安隨測(cè)，并且施工人員和設(shè)備在管中行進(jìn)，不受雨季和周圍環(huán)境的影響，能夠較好地消除管道的吸水影響。通過單口水壓試驗(yàn)的深度改良優(yōu)化，管道功能性試驗(yàn)的實(shí)際工期比預(yù)計(jì)工期縮短了8.5天。另外，因?yàn)楦牧挤桨傅脑囼?yàn)即時(shí)性強(qiáng)，所試驗(yàn)管道功能性試驗(yàn)不合格可立即進(jìn)行重新安裝或調(diào)試，大大減少了返工現(xiàn)象的出現(xiàn)，施工單位能迅速進(jìn)行整改，避免了不必要的工期和生產(chǎn)資源的浪費(fèi)。由此可見，單口水壓試驗(yàn)的改良優(yōu)化效果顯著。

5 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范中關(guān)于大口徑管道單口水壓試驗(yàn)的要求，從工程實(shí)際出發(fā)，分析得出大口徑管道單口水壓試驗(yàn)存在進(jìn)水口設(shè)置、試驗(yàn)壓力及穩(wěn)壓時(shí)間、試驗(yàn)壓降等問題，結(jié)合水壓試驗(yàn)的基本原則以及大口徑管道壓力試驗(yàn)的特性，通過合理化的優(yōu)化改良，提出大口徑管道單口水壓試驗(yàn)的初步改良優(yōu)化方案和深度改良優(yōu)化方案，針對(duì)不同的試驗(yàn)條件，使用不同的優(yōu)化改良方案，提高了輸水工程中大口徑管道單口水壓試驗(yàn)的可操作性和準(zhǔn)確性，同時(shí)也可為其他管道工程單口水壓試驗(yàn)的改良優(yōu)化提供參考。